1

ISHOĐENJE UPRAVNIH DOZVOLA ZA IZGRADNJU OBNOVLJIVOG IZVORA I NJEGOVA INTERPOLACIJA U DISTRIBUTIVNU MREŽU

SAŽETAK Stvaranje ili nastanak obnovljivog izvora u distributivnoj mreži određena je u većini slučajeva: a) inicijativom i zahtjevom Investitora za izgradnjom i priključenjem obnovljivog izvora energije, b) mogućnosti nadležne Distribucije za prihvaćanjem proizvedene energije i c) mogućnosti uklapanja obnovljivog izvora u okoliš. Mogućnosti prihvaćanja energije iz novog obnovljivog izvora sa tehničkog stanovišta distributivne mreže obrazlaže se studijama EOTRP ili PAMP za veće snage ili direktnim izdavanjem prethodne elektroenergetske suglasnosti (PEES) za manje snage. Obnovljivi izvori se priključuju na niskonaponsku 0,4 kV mrežu ili srednje-naponsku 10(20) kV mrežu ovisno o njihovoj snazi. Lokaciju novog obnovljivog izvora sa stanovišta uklapanja u okoliš određuje upravni postupak koji se provodi prema propisanim zakonima, pravilnicima i prostornim planovima. Upravni postupak rezultira lokacijskom dozvolom i potvrdom glavnog projekta ili građevinskom dozvolom što u konačnici sa PEES-om (prethodnom elektroenergetskom suglasnosti) definira lokaciju novog obnovljivog izvora. Obnovljive izvore možemo podijeliti po vrsti izvorne energije na solarne elektrane, vjetro elektrane, male hidro elektrane, termalne izvore, elektrane na biomasu i bio-plinska postrojenja.

Ključne riječi: Lokacija, obnovljivi izvor, upravni postupak, lokacijska dozvola

OBTAINING ADMINISTRATIVE PERMITS FOR RENEWABLE RESOURCES AND INTERPOLATION OF RENEWABLE RESOURCE IN DISTRIBUTIVE

NETWORK SUMMARY

The location of renewable energy sources in distribution network is determined with request for connection (for high-power application is submitted with EOTRP or PAMP) of new-comers electricity producers and features local dealer is to accept the energy that is produced. Newly-newcomers producers are connected to the low-voltage 0,4 kV network of medium-voltage 10(20) kV network, depending on the power of renewable energy source.

The location of new renewable energy source is determined by administrative procedure conducted by properly-prescribed laws. Administrative proceedings results in development permit, building permit of confirmation of the project which ultimately with PGCA (preliminary energy connection approval) defines the location of new renewable source. Renewable sources can be divided by type of energy source to solar power plants, wind power plants, small hydro power plants, thermal sources, biomass power plants and bio-gas plants.

Key words: Location, renewable energy source, administrative procedure

Krunoslav Radeljak, mag.ing.el. „Elektro-energetika projekt“ d.o.o. Zagreb info@eep.hr

SO4 – 1 4. (10.) savjetovanje

Trogir/Seget Donji, 11. - 14. svibnja 2014.

HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNE

ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE - HO CIRED

2

1. UVOD Lokacija obnovljivog izvora u distributivnoj mreži određena je u većini slučajeva zahtjevom za

priključenje (za veće snage se prilaže EOTRP ili PAMP) novo-pridošlih proizvođača električne energije i mogućnosti lokalnog distributera da prihvati proizvedenu energiju. Novo-pridošli proizvođači priključuju se na niskonaponskoj 0,4 kV mreži ili srednje-naponskoj 10(20) kV mreži ovisno o snazi obnovljivog izvora. Novi proizvođači električne energije u svojim zahtjevima za priključenje podnose i lokaciju novog obnovljivog izvora električne energije. Na osnovu zahtjeva distributer izdaje PEES (ili odbija zahtjev), prema potrebi mreže koju definira PEES novi izvori se uključuju u distributivnu mrežu na način da se ona dograđuje kako bi se prihvatio novi obnovljivi izvor. Nakon priključenja novo-pridošlih elektrana (obnovljivih izvora) distributivna mreža prestaje biti radijalna mreža i postaje mreža u kojoj energija kola i sa nižeg naponskog nivoa u viši. Isto tako i osnovna namjena mreže (distribucija električne energije) dopunjuje se funkcijom proizvodnjom i spremanjem (akumuliranja) energije (energy storage). Takva buduća mreža mora odgovoriti na sve zahtjeve mnogobrojnih potrošača i višebrojnih viševrsnih proizvođača električne energije, da bi to mogla razviti će se u pametnu mrežu (smart grid). Pametna mreža budućnosti (smart grid), mora energetski povezati sve pripadajuće potrošače i proizvođače električne energije to jest prihvatiti proizvedenu energiju, inteligentno distribuirati energiju i po potrebi moći spremati istu - „energy storage“.

Lokaciju novog obnovljivog izvora određuje i upravni postupak koji se provodi prema Zakonu o prostornom uređenju i gradnji (NN 76/07) ili skraćeni upravni postupak prema Zakonu o postupanju i uvjetima gradnje radi poticanja ulaganja (NN 69/09). Upravni postupak rezultira lokacijskom dozvolom, građevinskom dozvolom ili potvrdom glavnog projekta što u konačnici sa PEES- om (prethodnom elektroenergetskom suglasnosti) definira lokaciju novog obnovljivog izvora. Navedeni zakoni propisuju postupak ishođenja dozvola u tijeku kojega se pribavljaju suglasnosti svih komunalnih društava i rješavaju imovinsko-pravni odnosi, ovo se odnosi na lokacije same elektrane-novog obnovljivog izvora i svih pripadnih postrojenja i vodova potrebnih za priključenje elektrane-novog izvora na mrežu. Za dobivanje navedenih upravnih dozvola potrebno je izraditi projektnu dokumentaciju. Projektna dokumentacija izrađuje se prema navedenim zakonima i svoj ostaloj zakonskoj i tehničkoj regulativi kojoj podliježe. Obnovljive izvore možemo podijeliti po vrsti izvorne energije na solarne elektrane, vjetro elektrane, male hidro elektrane, termalne izvore, elektrane na biomasu i bio-plinska postrojenja. Podjela može biti i prema snazi obnovljivog izvora. Isto tako moramo voditi i računa i o kontinuiranosti proizvodnje pojedinog izvora. Navedeni obnovljivi izvori predaju energiju u distribucijsku mrežu tako da ih možemo nazvati i „distribuirani izvori“.

Od 2010. godine do 2050. godine očekuje se da će se ukupna potražnja za energijom u svijetu najmanje udvostručiti. U istom periodu očekuje se da će emisija CO2 rasti još brže. Iz navedenog slijedi da će potreba za redukcijom emisije CO2 još više dobivati na znaćaju čime izgranja obnovljivih izvora postaje prioritet. Prema Međunarodnoj agenciji za energiju (IAE) do 2050 godine 50% potrošnje energije biti će pokriveno proizvodnjom iz obnovljvih izvora, u Europi ovaj postotak narastao bi do 70%, tako da povezivanje i uključenje obnovljivih izvora u distribucijsku mrežu postoja jedan od glavnih izazova za Distribucije.

U svhu poticanja i reguliranja izgradnje obnovljivih izvora energije u RH između ostalog izdani su i pravilnici „Pravilnik o stjecanju statusa povlaštenog proizvođača električne energije“ (NN 88/2012) i „Pravilnik o korištenju obnovljivih izvora energije i ko-generacije“ (NN 88/2012). 2. UTJECAJ DISTRIBUIRANIH IZVORA NA DISTRIBUCIJSKU MREŽU Mrežni pravilima i važećim propisima i normama definirane se granice unutar kojih operator distribucijskog sustava (ODS) mora održavati električne prilike. Distribuirani izvori, ako su pravilno dimenzionirani, mogu popraviti električne prilike u mreži. Međutim, većina distribuiranih izvora je financirana od strane privatnih investitora. Prema Zakonu o energiji, ODS je obavezan preuzeti svu energiju proizvedenu iz obnovljivih izvora. Stoga je nužno za razvoj distribucijske mreže što točnije predvidjeti utjecaj budućih distribuiranih izvora na električne prilike u mreži kako bi se potrošačima mogla isporučiti električna energija zadovoljavajuće kvalitete, pazeći pri tom da se gubici u elektroenergetskoj mreži svedu na minimum. Za distribuirane izvore je karakteristična velika prostorna raspršenost, nepredvidivost lokacije budućih elektrana kao i ovisnost o trenutnim vremenskim prilikama i raspoloživosti goriva, a upravljanje proizvodnjom nije u nadležnosti ODS-a.. To sve stvara dodatne probleme ODS-u u vođenju distribucijske mreže. Utjecaj distribuiranih izvora na distribucijsku mrežu stoga može biti pozitivan, ali i negativan. Najčešće se promatra utjecaj distribuiranih izvora na gubitke, naponske prilike i kvalitetu električne energije.

3

2.1. Utjecaj distribuiranih izvora na gubitke u mreži Rastuće svjetske potrebe za energijom te sve veća cijena energenata uzrokovale su veću brigu oko energetske efikasnosti energetskih sustava. Stoga je utjecaj distribuiranih izvora na gubitke u mreži jedan od najbitnijih faktora prilikom njihovog planiranja. Cilj distribuiranih izvora je decentralizacija i djelomično napuštanje izgradnje velikih elektrana gdje se energija prenosi na velike udaljenosti što stvara gubitke u elektroenergetskom sustavu. Distribuirana proizvodnja bi trebala rasteretiti prijenosnu mrežu te na taj način povećati efikasnost sustava. S obzirom da se radi o malim proizvodnim jedinicama koje su priključene na srednje-naponsku (SN) ili niskonaponsku (NN) mrežu, prilikom planiranja bi trebalo osigurati da se proizvedena energija i potroši na istoj ili na nižim naponskim razinama. U suprotnom bi došlo do povećanja gubitaka u mreži te bi korist od takve proizvodnje imao samo vlasnik elektrane kojem je u cilju proizvesti što više energije po poticajnoj cijeni. Utjecaj na gubitke će se promotriti na primjeru radijalnog NN izvoda s trinaest čvorišta u selu Čajkovci blizu Slavonskog Broda i priključenom solarnom elektranom u trinaestom čvorištu (slika 1). Kako bi se promotrio utjecaj elektrane na gubitke potrebno je prvo izračunati gubitke u mreži bez elektrane, a nakon toga provesti proračune tokova snage na način da se snaga elektrane povećava za zadani korak pri čemu opterećenja po čvorištima ostaju konstantna. Rezultati prikazani su u tablici I i na slici 2 [1]. Iz rezultata proračuna vidljivo je da u početku s porastom snage elektrane gubici u mreži opadaju do određene granice, a potom počinju rasti. Stoga krivulja ovisnosti gubitaka o snazi elektrane ima sedlasti oblik koji se može aproksimirati parabolom. Iz podataka u tablici I vidljivo je da pri snazi elektrane od 30 kVA gubici u mreži postaju veći nego što su u slučaju kad elektrana nije priključena u mrežu. Stoga je prilikom dimenzioniranja elektrane potrebno odrediti vršnu snagu elektrane koja se smije priključiti na mrežu, a da pri tom ne povećava gubitke u mreži. Na taj način se spriječava zlouporaba sustava poticaja za stjecanje financijske dobiti privatnih investitora te se distribuirana proizvodnja usmjerava ka povećanju efikasnosti elektroenergetskog sustava. Trenutni problem nalazi se u važećim zakonskim i tehničkim propisima jer nigdje ne spominju utjecaj distribuiranih izvora na gubitke na mreži na što će se svakako morati obratiti pozornost prilikom donošenja novih.

Slika 1. Primjer radijalne distribucijske mreže s priključenom solarnom elektranom na kraju mreže

TABLICA I. GUBICI U MREŽI OVISNO O SNAZI SOLARNE ELEKTRANE

Snaga solarne elektrane (kVA)

Gubici (kVA)

0 1,069

5 0,811

10 0,666

15 0,630

20 0,699

25 0,870

30 1,140

35 1,504

40 1,961

45 2,508

50 3,141

4

y = -2E-07x6 + 7E-06x5 - 8E-05x4 - 0,0001x3 + 0,0587x2 - 0,4319x + 1,4424

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Snaga solarne elektrane (kVA)

Gu

bic

i (kV

A)

Slika 2. Grafički prikaz ovisnosti gubitaka u radijalnoj mreži o snazi elektrane

2.2. Utjecaj distribuiranih izvora na naponske prilike Osnovna zadaća ODS-a je održavati naponske prilike na mjestu predaje električne energije unutar propisanih granica. Do pojave distribuiranih izvora najčešći problem je bio prenizak napon drugih i preopterećenih mreža radijalnih mreža. Distribuirani izvori, da bi mogli injektirati snagu u mrežu, moraju podići napon u točki priključenja na mreži. Ako je mreža preopterećena te je na njenom kraju napon prenizak, priključenjem elektrane će se napon podići te će se popraviti električne prilike u mreži. Na taj način distribuirani izvori imaju pozitivan utjecaj jer pomažu održavanju naponskih prilika unutar dozvoljenih granica. To se može razmotriti na jednostavnom primjeru NN radijalne mreže s pet čvorišta na slici 3 na koju su priključene dvije male elektrane u čvorištima 1 i 4. Naponske prilike u mreži bez priključenih elektrana su prikazane crvenom bojom na grafu (slika 4), a nakon priključenja elektrana plavom bojom.

Slika 3. Primjer radijalne mreže s pet čvorišta i priključenim elektranama u prvom i četvrtom čvorištu

330

340

350

360

370

380

390

400

410

1 2 3 4 5

Nap

on

(V

)

Čvorište

Bez DI

Sa DI

Slika 4. Naponske prilike u mreži sa slike 3 prije i poslije priključenja elektrana

Vidljivo je bez priključenih elektrana napon na kraju mreže niži od dozvoljenih 360 V. Priključenjem elektrana napon u cijeloj mreži porastao te se sada nalazi unutar dozvoljenih granica ±10 % od nazivnog. Ovo je primjer pozitivnog utjecaja distribuiranih izvora na naponske prilike u mreži. Međutim, ako je mreža slaba i pod-opterećena, njena ovisnost naponskih prilika o trenutnoj snazi distribuiranih izvora raste. U trenucima malog opterećenja i velike proizvodnje distribuiranih izvora napon u pojedinim dijelovima mreže poraste. Ovaj slučaj je prikazan na grafu napona u čvorištima radijalne mreže s priključenim elektranama u četvrtom i šestom čvorištu (slika 5). Vidljivo je da su zbog podopterećenosti mreže elektrane uzrokovale porast napona u cijeloj mreži. Ako je razlika između

5

trenutne potrošnje u čvorištima i proizvodnje distribuiranih izvora dovoljna velika, napon će u pojedinim točkama mreže porasti iznad dozvoljene granice. Na taj način elektrana narušava postojeće električne prilike u mreži te je stoga prije odobrenja vršne snage elektrane potrebno izvršiti provjeru utjecaja elektrane na naponske prilike.

Slika 5. Primjer porasta napona u radijalnoj mreži koji je uzrokovan priključenjem elektrane u četvrtom i

šestom čvorištu 2.3. Utjecaj distribuiranih izvora na kvalitetu električne energije Utjecaj distribuiranih izvora na gubitke i naponske prilike se može predvidjeti na temelju proračuna u koji se uvrštavaju realni podaci dobiveni mjerenjem. Međutim, utjecaj distribuiranih izvora na kvalitetu električne energije moguće je odrediti jedino mjernim uređajima. Stoga se provodi mjerenje na mjestu priključenja elektrane prije i nakon priključenja elektrane na mrežu. Prilikom mjerenja promatra se utjecaj elektrane na:

Frekvenciju napona

Harmonijsko izobličenje (THD faktor)

Flickere

Naponsku nesimetriju

Faktor snage

Svi mjereni parametri moraju biti u skladu s važećom normom EN 50160 koja definira kvalitetu električne energije. Na slikama 6 i 7 prikazani su rezultati mjerenja harmonijskog izobličenja za neparne harmonike prije i nakon priključenja solarne elektrane snage 10kW [2]. Konačni ishod harmonijskih izobličenja ovisi o superpoziciji harmonika mreže i harmonika koje stvara elektrana. Iz rezultata mjerenja vidljivo je da je elektrana uzrokovala porast petnaestog harmonika iznad granice koja je propisana normom EN 50160. Također usporedbom ostalih rezultata može se primijetiti da su se priključenjem elektrane pojedini harmonici u mreži smanjili.

Slika 6. Harmonijsko izobličenje neparnih harmonika u mreži prije priključenja solarne elektrane 10 kW

6

Slika 7. Harmonijsko izobličenje neparnih harmonika u mreži nakon priključenja solarne elektrane 10 kW

3. OPTIMIRANJE PARAMETARA DISTRIBUIRANIH IZVORA Kako su distribuirani izvori najčešće u vlasništvu privatnih investitora te je zbog njihovog broja i prostorne raspršenosti otežano upravljanje njima, prije njihovog priključenja je potrebno izvršiti analizu mogućnosti priključenja takvih izvora kako se ne bi narušile postojeće električne prilike u mreži. Da bi se postigao što bolji učinak takvih izvora na mrežu potrebno je razviti matematičke optimizacijske metode kojima se određuju njihovi parametri. Optimiranje je potrebno provoditi u svrhu minimalizacije gubitaka u mreži kako bi se ostvarila što bolja energetska efikasnost elektroenergetskog sustava. Pri tome je potrebno voditi računa da ostale električne prilike moraju ostati unutar propisanih granica, ali i da se ne smije dovesti u pitanje isplativost izgradnje elektrane. Optimiranje distribuirane proizvodnje se najčešće provodi za slijedeće parametre:

Lokacija distribuiranog izvora

Snaga distribuiranog izvora

Gubici energije Optimalne lokacije budućih distribuiranih izvora se određuju prilikom planiranja i izrade razvojnih studija distribucijske mreže, Svrha optimizacije je minimalizacija gubitaka u mreži, ali se u optimizacijske modele moraju uvrstiti i ekonomski faktori kako bi investicija bila opravdana. S obzirom da je izgradnja distribuiranih izvora najčešće financirana od strane privatnih investitora, svrha optimizacije lokacije budućih elektrana je vrlo upitna jer investitori uglavnom sami definiraju lokaciju elektrane. Stoga se češće provodi optimizacija distribuiranih izvora s obzirom na vršnu snagu elektrane. Optimizacija se najčešće provodi s ulaznim podacima karakterističnih trenutaka dnevnog dijagrama potrošnje i proizvodnje, a za konačno rješenje se uzima najgori mogući slučaj. Optimizacija snage buduće elektrane se može razmotriti primjenom metode zlatnog reza na jednostavnom primjeru matematičkog modela radijalne mreže s pet čvorišta. Optimizacija se sastoji iz tri dijela:

Metoda naprijed

1. Newtonov interpolacijski polinom

Metoda zlatnog reza U prvom dijelu se pomoću metode naprijed računaju tokovi snaga i gubici ovisno o promjeni snage elektrane [3]. Iz podataka o gubicima se crta krivulja gubitaka ovisno o snazi elektrane. Pomoću prvog Newtonovog interpolacijskog polinoma se odredi jednadžba krivulje gubitaka. Krivulja gubitaka je sedlastog oblika te ima jedan minimum koji predstavlja optimalnu snagu elektrane (slika 8). Taj minimum se iz jednadžbe krivulje traži pomoću metode zlatnog reza.

7

Slika 8. Područja utjecaja elektrane na radijalnu mrežu

Na krivulji gubitaka se mogu definirati tri područja utjecaja elektrane na mrežu. U prvom području povećanje snage elektrane gubici u mreži opadaju, a krajnja točka područja je optimalna snaga elektrane. U drugom području povećanjem snage elektrane gubici rastu, ali su još uvijek manji nego kad elektrana nije priključena na mrežu. U ova dva područja elektrana pozitivno utječe na mrežu. U trećem području porastom snage elektrane gubici u mreži rastu i veći su od gubitaka kad elektrana nije spojena na mrežu te stoga elektrana negativno utječe na mrežu, tj. povećava gubitke. Na slici 9 prikazana je usporedba krivulja za svako čvorište mreže iz primjera, a na slici 10 ovisnost optimalne snage elektrane o čvorištu priključenja. Vidi se da optimalna snaga elektrane opada s udaljavanjem čvorišta od spojne točke mreže [4].

0,000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Snaga elektrane (kVA)

Gu

bic

i s

na

ge

(k

VA

)

Cvoriste 1

Cvoriste 2

Cvoriste 3

Cvoriste 4

Cvoriste 5

Slika 9. Usporedba krivulja gubitaka u svim čvorištima mreže

0

100

200

300

400

500

600

1 2 3 4 5

Čvorište

Op

tim

aln

a s

na

ga

ele

ktr

an

e

(kV

A)

Slika 10. Ovisnost optimalne snage elektrane o čvorištu priključenja elektrane

Pri određivanju optimalne snage i lokacije elektrane s obzirom na gubitke snage, dobije se optimum samo za odabrani trenutak dnevnog dijagrama. S obzirom da su potrošnja i proizvodnja varijabilni, većinu vremena elektrana radi izvan optimalne točke. Stoga novija istraživanja izrađuju modele za optimizaciju gubitaka energije gdje se promatraju gubici na bazi dnevnih dijagrama. Ovim metodama se dobivaju realniji podaci, ali pitanje kada ih je opravdano koristiti, a kada se zadovoljavajući rezultati mogu postići i optimizacijom gubitaka snage.

8

4. PRIMJENA HEURISTIČKIH METODA I METODA UMJETNE INTELIGENCIJE Elektroenergetski sustav je jedan od najsloženijih sustava na svijetu. Sastoji se od velikog broja čvorišta i grana koje ih povezuju, a svako čvorište i grana dodatno je opisano s više parametara. Stoga matematički modeli mogu postati iznimno složeni, a njihovo rješavanje dugotrajno. Tu se pojavljuje nužnost primjene heurističkih matematičkih metoda i metoda umjetne inteligencije. Takve metode su osobito prikladne za rješavanje problema koji se ne mogu dobro matematički formulirati ili koji se ne mogu riješiti egzaktnim metodama. Također su prikladne i za probleme koji se mogu riješiti egzaktnim metodama, ali se ne mogu koristiti zbog nedostatka ili nepouzdanosti ulaznih podataka. Metode umjetne inteligencije se također koriste kod problema koji su opterećeni tzv. „kombinatoričkim eksplozijom“. Kod takvih problema postoji egzaktni matematički algoritam, ali zbog velikog broja nepoznanica i ulaznih podataka njegova primjena bi zahtjevala nerealno mnogo vremena. Metodama umjetne inteligencije i heurističkim metodama nastoje se eliminirati pretraživanja za koja se približno može zaključiti da vjerojatno ne sadrže optimum. Na taj način se postupak bitno skraćuje te se dobivaju rješenja u realno prihvatljivom vremenu. Međutim, za dobivena rješenja se ne može dokazati sa su ujedno i apsolutno najbolja rješenja, već samo da su tako dobivena rješenja vrlo vjerojatno znatno bolja od rješenja koja bismo dobili bez primjene tih metoda. Najčešće korištene heurističke metode i metode umjetne inteligencije su [5]:

metoda Monte Carlo

neuronske metode

neizrazita logika

genetički algoritmi

simulirano kaljenje

tabu pretraživanje

mravlja kolonija

algoritam penjanja uzbrdo 5. PRIMJENA NAPREDNIH MREŽA U OPTIMALNOM VOĐENJU DISTRIBUCIJSKE MREŽE Kapacitet distribucijske mreže za prihvat distribuiranih izvora je ograničen karakteristikama mreže i potrošnje na toj mreži. Distribuirani izvori većih snaga priključuju se na SN mrežu i obično se nalaze u sustavu daljinskog vođenja tako da dispečer može direktno upravljati prekidačem za odvajanje elektrane te izdavati naredbe za povećanje ili smanjenje izlazne snage generatora. Međutim, najveći udio u broju distribuiranih izvora otpada na mikro foto-naponske sustave izgrađene na krovovima kuća koji se priključuju na NN mrežu. Foto-naponski sustavi su jako osjetljivi na promjene insolacije te se ponašaju različito od generatorskih sustava. Stoga je upravljanje takvim sustavima znatno teže i ovisi isključivo o upravljačkim sklopovima koji su najčešće ugrađeni u invertere. Inverteri osim izmjenjivačkih funkcija imaju i zaštitne i upravljačke funkcije. Prije puštanja elektrane u pogon udešava se zaštita te se zadaju parametri za upravljanje nakon čega je rad invertera potpuno samostalan i automatiziran. Ako je na istom izvodu priključen veći broj fotonaponskih sustava, u slučaju porasta napona iznad dozvoljene granice ili naglih promjena insolacije može doći do neusklađenosti rada invertera. Stoga se kod velike gustoće takvih sustava pojavljuje potreba za primjenom Naprednih mreža (eng. Smart Grids) [6].

9

Cilj Naprednih mreža je povećati kapacitet postojeće distribucijske mreže za prihvat novih elektrana te omogućiti njeno optimalno vođenje kako bi se smanjili gubici u mreži te održavale propisane naponske prilike [7]. Najčešći problem u mreži s distribuiranim izvorima je porast napona. Pri tome se nastoji odmah izbjeći prorada zaštite koja odvaja elektranu od mreže zbog mogućih naglih propada napona. Stoga se uvodi regulacija napona pomoću distribuiranih izvora kao funkcija Naprednih mreža. Regulacija napona se može izvesti na dva načina:

redukcijom radne snage

redukcijom jalove snage Kod generatorskih sustava naponska regulacija ne predstavlja problem. Međutim, zbog karakteristika foto-naponskih sustava njihova regulacija napona je još u razvoju. Regulacija napona redukcijom radne snage izvodi se pomoću uređaja za redukciju radne snage. Uređaj se ugrađuje na početak izvoda, a upravljanje je u nadležnosti ODS-a. Uređaj je komunikacijskim vezama povezan sa svim inverterima na izvodu koji prate stanje mreže na mjestu priključenja elektrane. U slučaju porasta napona iznad dozvoljene granice uređaj za redukciju radne snage izdaje naredbu svim inverterima za smanjenje izlazne radne snage elektrane na određeni postotak. Primjer takvog sustava nalazi se na slici 11. Uređaj za redukciju radne snage se može povezati i s regulacijskom preklopkom transformatora. Regulacija napona se može izvesti dogradnjom upravljačkim funkcija invertera čime se izbjegava potreba za ugradnjom uređaja za redukciju radne snage. U ovom slučaju inverter konstantno prati stanje mreže te u slučaju porasta napona sam snižava izlaznu radnu snagu dok napon ne dođe unutar dozvoljenih granica (slika 12). Ovakav sustav je tehnološki napredniji i predstavlja svojevrsnu automatizaciju mreže. Kako dispečer nema uvid u stanje svakog pojedinog invertera, potrebno je razviti takav sustav koji neće ugroziti rad ostalih solarnih elektrana na izvodu te koji neće uzrokovati njihanja napona u mreži.

Dispečerski centar

dispečer

Uređaj za redukciju

radne snage

NN mreža

TS 10(20)/0,4 kV

DC/AC DC/AC DC/AC DC/AC DC/AC

Slika 11. Regulacija napona solarnih elektrana ugradnjom uređaja za redukciju radne snage

10

Snimanje

napona mreže

V < Vmax?

DA

Pnovo = Ptren – Pzadano

NE

Slika 12. Dijagram toka funkcije invertera za smanjenje radne snage koja se predaje u mrežu ovisno o

naponu mreže U novije vrijeme sve se više razmatra mogućnost regulacije napona pomoću jalove snage. Iako današnji inverteri imaju određeni raspon faktora izlazne snage, foto-naponski sustavi najčešće rade s faktorom snage koji iznosi jedan (cos φ = 1). Razlog tome je što ODS ne postavlja samo uvjete na granične faktore, a prilikom obračuna isporučene energije računa se samo radna energija. Stoga je investitorima najisplatljivije raditi u ovakvom režimu rada. Međutim, inverter može održavati napon točke priključenja i regulacijom jalove snage u okviru vlastitog dijagrama (slika 13) [8]. Prema pogonskom dijagramu moguća su dva modela invertera. U prvom modelu inverter daje konstantnu prividnu snagu (Smax) i predstavlja SV čvorište. Na pogonskom dijagramu radno područje invertera je dvostruko šrafirano, a granica je označena crvenim lukom. Ovaj model je primjenjiv na postojeće solarne elektrane koje su dimenzionirane točno na dozvoljenu granicu radne snage (npr. solarna elektrana iznosi 10 kW snage u fotonaponskim panelima). U trenucima kad se uključi regulacija jalove snage, smanjuje se radna snaga koju elektrana predaje u mrežu [9].

Slika 13. Pogonski dijagram invertera s mogućnošću regulacije jalove snage

Inverter je moguće izvesti i na način da daje konstantnu radnu snagu (Pmax), a model predstavlja PV čvorište. Radno područje ovakvog invertera je ispunjeno plavom šrafurom, a naziva se radnim trokutom invertera. Za ovakav model potrebno je predimenzionirati instaliranu snagu u foto-naponskim panelima kako bi inverter u cijelom području rada mogao držati konstantnu radnu snagu maksimalnoj vrijednosti. Zbog veće instalirane snage elektrane, ovaj model ima veći opseg regulacije jalove snage nego prvi model, što znači da može održavati napon mreže za nepovoljnih naponskih prilika. Međutim, ovakav model, zbog izvedbe predimenzioniranja, znači i veću investiciju prilikom izgradnje elektrane.

11

6. ZAKLJUČAK Najveći izazov planiranju i vođenju distribucijske mreže danas predstavlja veliki broj distribuiranih izvora koji inače pasivnu distribucijsku mrežu pretvaraju u aktivnu. Aktivna distribucijska mreža u kojoj se intenzivno primjenjuju nove tehnologije, informatizacija i automatizacija čini Naprednu mrežu. Povećanje udjela distribuirane proizvodnje mijenja konvencionalne načine planiranja i vođenja distribucijske mreže. S jedne strane, distribuirani izvori čine planiranje mreže još složenijim, dok s druge stran, ostale funkcionalnosti Napredne mreže omogućuju prihvat distribuiranih izvora uz odgođena ulaganja u povećanje kapaciteta mreže. Stoga je potrebno razviti optimizacijske matematičke modele koji će se ugraditi kao funkcija Naprednih mreža te na taj način omogućiti optimalno vođenje distribucijske mreže. Time će se povećati pouzdanost napajanja krajnjih potrošača, a gubici u elektroenergetskom sustavu svesti na minimum.

12

LITERATURA [1] T.Alinjak, D.Jakšić, I.Pavić : “Applicability analysis of Golden cut optimization method on real radial

grid with connected distributed generation“, Russia power 2012, Moscow [2] B.Vidaković : “Elaborat utjecaja male sunčane elektrane na NN EE mrežu”, br. projekta E-41/11,

Slavonski Brod 2012 [3] I.Pavić : “Vođenje elektroenergetske mreže”, zavodska skripta, FER, Zagreb 2011 [4] T.Alinjak, M. Stojkov, D. Jakšić : “Program za proračun optimalne snage solarne elektrane priključene

na distribucijsku mrežu s aspekta HEP ODS-a“, HRO Cigre 2010, 3-24, Zadar [5] J.Dvornik :’’Numeričke, simboličke i heurističke metode’’, Građevinar 55, str. 575-582, Zagreb 2003. [6] J.H.R. Enslin, H. Alatrash : "Distribution network impacts of high penetration of distributed

photovoltaic systems“, CIRED 2011, 21st International conference on electricity distribution, Frankfurt,

Njemačka, lipanj 2011., Referat br. 1058 [7] J. Radosavljević, M. Jevtić, D. Klimenta, "Optimal seasonal voltage control in rural distribution

networks with distributed generators“, Journal of electrical engineering, vol. 61, No. 6, str. 321-331, 2010.

[8] K. Turtsyn, P. Šulc, S. Backhaus, M. Chertkov, "Local control of reactive power by distributed photovoltaic generators“, Math.OC 1006.0160v1, 1.6.2010.

[9] WECC renewable energy modeling task force, "WECC Guide for representation of photovoltaic systems in large-scale load flow simulations“, Western Electricity Coordinating Council Modeling and Validation Work Group, kolovoz 2010.